Способ определения крутящего момента и устройство для его осуществления

 

»»не

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИТЕЛЬСТВУ

-4

< 65?28т"-Союз Соввтсиих

Социалмстическмз

Республик (6l) дополнительное к авт. свид-ву(22) 3аярлеио 05.08.76 (21) 2392742/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 15.04.79.Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 19.04.79

2 (51) М. Кл.

G 01 1. 3/10

Гасударственный кюиатат

СССР в делам кзюбрвтвек и юткриткк (53) УДК 531.781 (088.8) (72) Авторы IO. M. Доколин, В, A. Сидякин и %. E» Eapmy oa

Ярославское объединение по производству автомобильных дизельных двигателей и Проектно гехнологический и научноисследовательский институг НПО Темп" (71) Заявители (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности и народного .хозяйства для бесконтактного определения крутящего момента, передаваемого через стальной вал машины или ме- S ханизма.

Известны способы измерения крутяшего момента, основанные на магнитоупруroM эффекте, при котором ферромагнитный вал — чувствительный элемент помешают в переменное магнитное поле, а значение

» крутяшего момента определяют по изменению магнитной проницаемости вала либо на основной частоте 11), либо на гармониках частоты переменного поля f2) .

Наиболее близким по технической сушности к предлагаемому способу является способ определения крут пцего момента, основанный на магнитоупругом эффекте, 20 при котором вал — чувствительный элемент предварительно циркулярно намагничивают, пропуская через него постоянный ток, а значение крутящего момента оппе.деляют по величине осевой составляюшей остаточного потока P3) .

Согласно этому способу остаточную циркулярную намагниченность создают по всему объему магнитоупругого вала. Однако в ряде случаев, например при измерении моментов в различных машинах и механизмах, дополнительное включение в силовую передачу отдельного магнитоупругого элемента недопустимо по конструктивным условиям. В этих случаях возникает необходимость в непосредственном использовании сушествуюших стальных ва.лов машин и механизмов в качестве магчитоупругих чувствительных элементов.

Однако, как показывавт практика, у многих стальных валов поверхностный слой вследствие механической, термической или иной обработки не проявляет магнитоупругого эффекта, что делает неприемлемыми известные способы определения крутяшего момента.

Целью изобретения является расширение области применения способа на стальных

657281 валах, не проявляющих магнитоупругий эффект в поверхностном слое.

Цель в способе основанном на магнитоулругом эффекте и включающем предварительное циркулярное намагничивание ферромагнитного вала с помощью постоянного тока, достигается за счет того, что вел с остаточной циркулярной намагничен-. ностью помещают в переменное магнитное поле, а значение крутящего момента определяют по величине четных гармоник переменного поля.

Такой способ может быть осуществлен устройством, содержащим ферромагнитный вал с остаточной циркулярной намагниченHDcTbIo концентричный валу неподвижный магнитопривод с полесоздающей и измерительной обмотками и измерительный прибор, в которое дополнительно введен генератор переменного тока и блок выделения четных гармоник, включенный между измерительной обмоткой и измерительным прибором, а блок вьщеления гармоник содержит частотнсизбирательный усилитель, настроенный на одну из четных гармоник частоты генератора, предпочтительно вторуго, . а также фазочувствительный детектор и корректор нуль-пункте, который, abr полнен в виде двухполупериодного выпрямителя с регулятором величины выходного напряжения, включенного через фаэовращатель между генератором IrepeMBHHo» го тока и входом частотно-избирательно» го усилителя.

Вследствие этого вектор остаточной напряженности Н . (фиг. 1) поворачивается в направлении Gp и получает осевую составляющую Ио, пропорциональную

3 величине крутящего момента fA . Этот процесс происходит BD всех элементарных объектах вала, в которых отсутствуют значительные остаточные механические напряжения или деформации структуры металлаР У остальных валов, у которых поверхностный слой вследствие механической, термической или иной обработки не проявляет магнитоупругого эффекта, процесс магнитоупругого преобразования про13 исходит в средней части вала. Однако де»формированный поверхностный слой 2 (фиг. 1) служит магнитным экраном, не выпуская осевую составляющую Й, от средних слоев наружу и делая ее недоступ29 ной для непосредственного измерения.

На фиг 1 дане иллюстрация предлагаемого способа определения крутящего момента, на фиг. 2 - схема устройства на фиг. 3 (а,б,в) - диаграммы, поясняю щие работу корректора нуль-пункта.

Существо способа заключается в следующем.

Через стальной вал 1 в осевом направлении кратковременнЬ (в течение нескольких секунд) пропускают постоянный ток I. который, достаточен :для циркулярного намагничивания вала до насыщения.

Напряженность остаточного поля после такого намагничивания при изотропности магнитных свойств вала имеет только циркулярную составляющую H (фиг. 1), т.е. вектор остаточной намагниченности, Н„совпадает с Н ).

Под действием кру его MDMeHTa М1 возникают напряжения растяжения 6 р и сжатия ЬС, направленные соответствено о но под углом + 45 и — 45 к оси вала.

Для получения инфоцмации о величине осевой составляющей вал помешают в пе, ременное магнитное поле H (фиг. 1) °

Таким образом, в поверхностном. слое существуют одновременно два поля: постоянное — Йо и переменное Й . Взаимодействие двух таких полей в ферромагнитном материале приводит к появлению четных гармоник переменного поля.

Амплитуды четных гармоник, в частности второй, пропорциональны напряженности

» постоянного поля Не, т.е. в данном случае величине .крутящего момента, фаза четных гармоник зависит от направления

Н,,, т.е. от знака момента.

Устройство для определения крутяще..го момента, реализующее предлагаемый способ содержит вал — чувствительный элемент 1 (фиг. 2), который может иметь поверхностный слой 2, не проявляющий мегнитоупругого эффекта. Barr выполнен с остаточной циркулярной намагниченностью и помещен внутри полесоздающей 3 и измерительной 4 обмоток с общим магнитопроводом 5. Полесоздающая обмотка присоединена к генератору 6-цеременного тека. Измерительная обмотка подключена к блоку выделения четных гармоник, который содержит: фазовращатель 7,, двухпо1 лупериодный выпрямитель 8 с регулируемой величиной выходного напряжения, ча« стотно-избирательный усилитель 9, настроенный на одну из четных гармоник, предпочтительно вторую, фазочувствите ный детектор 10 измеряемой гармоники.

657281

На выходе блока выделения четных гармоник включен измерительный прибор (милливольтметр) 1 1.

Переменный ток от генератора 6, проходя через обмотку 3, создает переменное и магнитное поле, которое замыкается через наружный слой 2 вала и магнитопровод 5

В измерительной обмотке 4 при этом наводится ЭДС, содержащая первую гармонику, а также высшие гармоники, в основ-10 ном третью, KoropbIe появляются вследсч вие нелинейных свойств магнитной цепи.

При скручивании вала в его поверхностном слое 2 в результате взаимодействия постоянного и переменного магнитных по- l$ лей возникают четные гармоники перемен-, ного поля. Для измерения ях ЭДС служит блок выделения четных, гармоник, который в простейшем случае может представлять собой частотно-избирательный усилитель 20 или фильтр, настроенный на одну из нетырех гармоник. Такой простейший блок не позволяет корректировать нуль-пункт, т.е. начальное положение указателя измерительного прибора, а также не позволяет определять напряжение (знак) крутящего момента.

Вследствие несимметричности тока, анизотропности магнитных свойств вала и

IIpyrIIx причин в измерительной обмотке при ненагруженном вале наводится ЭДС четных гармоник порядка от 5 до 50 максимального значения измеряемой гармоники. Такой начальный уровень недопустим, поэтому измерительное устройст35 во содержит корректор нуль-пункта, который выполнен ь виде двухполупериодного выпрямителя 8 с регулируемой величиной выходного напряжения, включенного через

40 фаэовращатель 7 между генератором 6 переменного тока и входом частотно-избирательного усилителя 9. На фиг. За схематически показана ЭДС измерительной обмотки (сплошная линия), Содержа- 4 шаяся в этой ЭДС вторая гармоника дана пунктиром. На фиг. Зб показано напряжение на выходе двухполупериодного выпря.Мителя 8 (сплошная линия). Это напряже ние включено последовательно с ЭДС обмОтки 4е С пОмОщью фазоврашателя 7 и регулятора величины напряжения выпрямителя устанавливается такое значение напряжения, при котором гармоника, содержащаяся в нем (пунктир фиг. Зб), равна по. у амплитуде и противоположна по фазе второй гармонике в измерительной обмотке.

Возможность регулирования амплитуды и фазы второй гармоники показана условно с помощью вертикальных и горизонтальных стрелок на фиг. 36. После такой компенсации напряжения на входе частотно-избирательного усилителя не содержит второй гармоники (пунктир на фиг. Зв), и стрелка измерительного прибора 11 при этом устанавливается в нулевое положение,„

Фазочувствительный детектор 10 служит для определения направления (знака) крутящего момента. При изменении знака момента меняется фаза измеряемой четной гармоники, что приводит к отклонению указателя измерительного прибора в другую сторону от нулевого положения.

Предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволит применять магнитоупругие преобразователи для измерения крутящего момента, передаваемого через стальные валы, в том числе и такие, поверхностный слой которых вследствие механической, термической или иной обработки не проявляет магнитоупругих свойств, например через стальные валы различных машин и механизмов.

По сравнению с известными способами, основанными на магнитоупругом эффекте, предлагаемое решение обладает существенно более широкой областью применения.

Формула изобретения

1. Способ определения крутящего момента, основанный HB ìàãíèòîóïðóãoM эффекте и включающий предварительное циркулярное намагничивание ферромагнитного цала с помощью постоянного тока, о т— лич аюший с ятем, что, сцелью расширения области применения способа на стальных валах, не проявляющих магнитоупругий эффект в поверхностном слое, вал с остаточной циркулярной намагниченностью помешают в переменное магнитное поле, а значение крутящего момента oIIределяют по величине четных гармоник переменного поля.

2. Устройство для осуществления способа определения крутящего момента по и. 1, содержащее ферромагнитный вал с остаточной циркулярной намагниченностью, концентричный валу неподвижный магнитопривод с полесоздаюшей и измерительной обмотками и измерительный прибор, о тл и ч а ю ш е е с я тем, что„в него дополнительно введен генератор переменного тока и блок выделения четных гармо657281 ник, включенный между измерительной обмоткой и измерительным прибором.

3. Устройство по и. 2, о т л и ч а юш е е с я тем, что блок выделения гармоник содержит частотно-избирательный уси- S литель, настроенный на одну из четных гармоник частоты генератора, предпочтительно вторую, а также фазочувствительный детектор и корректор нуль-пункта.

4. Устройство по пп. 2 и 3, о т л и- О ч а ю щ е е с я тем, что корректор нульпункта выполнен в виде двухполупериодного выпрямителя с регулятором величины выходного напряжения, включенного через фазоврашатель между генератором переменного тока и входом частотно-избирательного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

K 148932, кл. G 01 L 3/10, 1960.

2. Авторское свидетельство СССР

No 286294, кл. G 01 3/10, 1969.

3. Заявка И 2134346/10, кл. G 01 L 3/24, 1975, по которой принято положительное решение о выдаче авторского свидетельства.

657281 реия

Составитель В. Герасимова

Редактор И. Шубина Техред С. Мигай .Корректор П. Макаревич

Заказ 1781/40 Тиоаж 1089 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, . Проектная 4